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分子遺傳學是在分子水平上研究生物遺傳和變異機製的遺傳學分支學科。
經典遺傳學的研究課題主要是基因在親代和子代之間的傳遞問題;分子遺傳學則主要研究基因的本質、基因的功能以及基因的變化等問題。分子遺傳學的早期研究都用微生物為材料,它的形成和發展與微生物遺傳學和生物化學有密切關係。
分子遺傳學發展簡史
1944年,美國學者埃弗裏等首先在肺炎雙球菌中證實了轉化因子是脫氧核糖核酸(DNA),從而闡明了遺傳的物質基礎。1953年,美國分子遺傳學家沃森和英國分子生物學家剋裏剋提出了DNA分子結構的雙蠃旋模型,這一發現常被認為是分子遺傳學的真正開端。
1955年,美國分子生物學家本澤用基因重組分析方法,研究大腸桿菌的T4噬菌體中的基因精細結構,其剖析重組的精細程度達到DNA多核苷酸鏈上相隔僅三個核苷酸的水平。這一工作在概念上溝通了分子遺傳學和經典遺傳學。
關於基因突變方面,早在1927年馬勒和1928年斯塔德勒就用 X射綫等誘發了果蠅和玉米的基因突變,但是在此後一段時間中對基因突變機製的研究進展很慢,直到以微生物為材料廣泛開展突變機製研究和提出DNA分子雙蠃旋模型以後纔取得顯著成果。例如鹼基置換理論便是在T4噬菌體的誘變研究中提出的,它的根據便是DNA復製中的鹼基配對原理。
美國遺傳學家比德爾和美國生物化學家塔特姆根據對粗糙脈孢菌的營養缺陷型的研究,在40年代初提出了一個基因一種酶假設,它溝通了遺傳學中對基因的功能的研究和生物化學中對蛋白質生物合成的研究。
按照一個基因一種酶假設,蛋白質生物合成的中心問題是蛋白質分子中氨基酸排列順序的信息究竟以什麽形式儲存在DNA分子結構中,這些信息又通過什麽過程從DNA嚮蛋白質分子轉移。前一問題是遺傳密碼問題,後—問題是蛋白質生物合成問題,這又涉及轉錄和翻譯、信使核糖核酸(mRNA)、轉移核糖核酸(tRNA)和核糖體的結構與功能的研究。這些分子遺傳學的基本概念都是在20世紀50年代後期和60年代前期形成的。
分子遺傳學的另一重要概念——基因調控在1960~1961年由法國遺傳學家莫諾和雅各布提出。他們根據在大腸桿菌和噬菌體中的研究結果提出乳糖操縱子模型。接着在1964年,又由美國微生物和分子遺傳學家亞諾夫斯基和英國分子遺傳學家布倫納等,分別證實了基因的核苷酸順序和它所編碼的蛋白質分子的氨基酸順序之間存在着排列上的綫性對應關係,從而充分證實了一個基因一種酶假設。此後真核生物的分子遺傳學研究逐漸開展起來。
分子遺傳學的內容
用遺傳學方法可以得到一係列使某一種生命活動不能完成的突變型,例如不能合成某一種氨基酸的突變型、不能進行DNA復製的突變型、不能進行細胞分裂的突變型、不能完成某些發育過程的突變型、不能表現某種趨化行為的突變型等。不過許多這類突變型常是致死的,所以各種條件致死突變型,特別是溫度敏感突變型常是分子遺傳學研究的重要材料。
在得到一係列突變型以後,就可以對它們進行遺傳學分析,瞭解這些突變型代表幾個基因,各個基因在染色體上的位置,這就需要應用互補測驗,包括基因精細結構分析等手段。
抽提、分離、純化和測定等都是分子遺傳學中的常用方法。在對生物大分子和細胞的超微結構的研究中還經常應用電子顯微鏡技術。對於分子遺傳學研究特別有用的技術是順序分析、分子雜交和重組DNA技術。
核酸和蛋白質是具有特異性結構的生物大分子,它們的生物學活性决定於它們的結構單元的排列順序,因此常需要瞭解它們的這些順序。如果沒有這些順序分析,則基因DNA和它所編碼的蛋白質的綫性對應關係便無從確證;沒有核酸的順序分析,則插入順序或轉座子兩端的反嚮重複序列的結構和意義便無從認識,重疊基因也難以發現。
分子遺傳學是從微生物遺傳學發展起來的。雖然分子遺傳學研究已逐漸轉嚮真核生物方面,但是以原核生物為材料的分子遺傳學研究還占很大的比重。此外,由於微生物便於培養,所以在分子遺傳學和重組DNA技術中,微生物遺傳學的研究仍將占有重要的位置。
分子遺傳學方法還可以用來研究蛋白質的結構和功能。例如可以篩選得到一係列使某一蛋白質失去某一活性的突變型。應用基因精細結構分析可以測定這些突變位點在基因中的位置;另外通過順序分析可以測定各個突變型中氨基酸的替代,從而判斷蛋白質的哪一部分和特定的功能有關,以及什麽氨基酸的替代影響這一功能等等。
生物進化的研究過去着眼於形態方面的演化,以後又逐漸註意到代謝功能方面的演變。自從分子遺傳學發展以來又註意到DNA的演變、蛋白質的演變、遺傳密碼的演變以及遺傳機構包括核糖體和tRNA等的演變。通過這些方面的研究,對於生物進化過程將會有更加本質性的瞭解。
分子遺傳學也已經滲入到以個體為對象的生理學研究領域中去,特別是對免疫機製和激素的作用機製的研究。隨着剋隆選擇學說的提出,目前已經確認動物體的每一個産生抗體的細胞衹能産生一種或者少數幾種抗體,而且已經證明這些細胞具有不同的基因型。這些基因型的鑒定和來源的探討,以及免疫反應過程中特定剋隆的選擇和擴增機製等既是免疫遺傳學也是分子遺傳學研究的課題。
將雌性激素註射雄雞,可以促使雄雞的肝髒細胞合成卵黃蛋白。這一事實說明雄雞和雌雞一樣,在肝髒細胞中具有卵黃蛋白的結構基因,激素的作用衹在於激活這些結構基因。
激素作用機製的研究也屬於分子遺傳學範疇,屬於基因調控的研究。個體發生過程中一般並沒有基因型的變化,所以發生問題主要是基因調控問題,也屬於分子遺傳學研究範疇。
分子遺傳學研究的方法,特別是重組DNA技術已經成為許多遺傳學分支學科的重要研究方法。分子遺傳學也已經滲入到許多生物學分支學科中,以分子遺傳學為基礎的遺傳工程則正在發展成為一個新興的工業生産領域。 |
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fenzi yichuanxue
至子遺傳學
molecular genetics
分子遺傳學依據物理、化學的原理來解釋遺傳現象,並在分子水平上研究遺傳機製及遺傳物質對代謝過程的調控。它認為基因是一種DNA片段,並闡明基因與其類型的因果關係的分子基礎。因此,分子遺傳學是在生命信息大分子的結構、功能和相互關係的基礎上來研究遺傳與變異的學科,是微生物學、遺傳學、化學、物理學等學科相互交叉、相互滲透的産物。
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- n.: Molecular genetics, molecular system of heredity
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